Ανάλυση δεδομένων landsat για τις αλλαγές στις χρήσεις / καλύψεις γης στην περιοχή Ηaridwar χρησιμοποιώντας μεθόδους τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Ανάλυση δεδομένων landsat για τις αλλαγές στις χρήσεις / καλύψεις γης στην περιοχή Ηaridwar χρησιμοποιώντας μεθόδους τηλεπισκόπησης
Πρωτότυπος τίτλος: A Multi-Temporal Landsat Data Analysis for Land-use/Land-cover Change in Haridwar Region using Remote Sensing Techniques
Συγγραφείς:Saurabh Kumar, Shwetank and Kamal Jain
Δημοσιεύθηκε: Procedia Computer Science 171 (2020) 1184–1193
Σύνδεσμος πρότυπου κειμένου: [1]
Λέξεις-Κλειδιά: Χρήσεις / Καλύψεις Γης, Ανίχνευση αλλαγών, Τηλεπισκόπηση, οπωρώνες, ταξινόμηση μέγιστης πιθανότητας (MLC)
Αντικείμενο Εφαρμογής
Στην τρέχουσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες και δεδομένα Landsat-8 OLI, Landsat-7 ETM+ και Landsat-5 TM στην περιοχή Haridwar για τη διερεύνηση της χρησιμότητας και της δυνατότητας τηλεπισκόπησης στην αξιολόγηση αλλαγής των Χρήσεων / Καλύψεων Γης. Οι δορυφορικές εικόνες των επιλεγμένων περιοχών μελέτης κατηγοριοποιούνται σε επτά διαφορετικές κατηγορίες χρήσεων γης: οπωρώνες, βλάστηση, γεωργική γη, λιβάδια, αστική γη, υδάτινα σώματα και λεκάνες απορροής. Για την διεξαγωγή των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκε και η μέθοδος ταξινόμησης μέγιστης πιθανότητας (MLC).
Εισαγωγή
Ο βασικός στόχος της προτεινόμενης μελέτης είναι να διερευνήσει τις αλλαγές στους οπωρώνες, τη γεωργική γη, την αστική γη και τις επιπτώσεις της, λόγω της αύξησης του πληθυσμού και της ανάπτυξης και της εκβιομηχάνισης, χρησιμοποιώντας τεχνικές RS. Για να γίνει αυτό χρειάστηκαν δεδομένα δορυφορικών εικόνων που βοήθησαν στην παραγωγή χαρτών Χ/Κ Γης και ανέδειξαν τον σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της διάβρωσης των οπωρώνων και στην διαχείριση των λεκανών απορροής.
Περιοχή Μελέτης
Το Haridwar βρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα της Πολιτείας Uttarakhand της Ινδίας. Καλύπτει μια έκταση 2.360 τετραγωνικών χλμ. η οποία κατανέμεται σε τρείς δήμους, Haridwar, Roorkee και Laksar. Ο καιρός της περιοχής Haridwar τα καλοκαίρια κυμαίνεται περίπου στους 25ºC - 44ºC και τους χειμώνες -2ºC - 24ºC και η μέση ετήσια βροχόπτωση 1174,3 χιλ. Στην παρούσα μελέτη, οι δήμοι Haridwar και Laksar επιλέγονται ως περιοχές μελέτης οι οποίοι είναι σημαντικά μέρη για την κηπουρική και τη γεωργία στην πολιτεία Uttarakhand. Τα πιο κοινά εμπορικά προϊόντα είναι μάνγκο, τα εσπεριδοειδή, η παπάγια και η μπανάνα.
Μεθοδολογία
Σε αυτή την ερευνητική εργασία χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι συλλογής δεδομένων: πρωτογενή και δευτερογενή δεδομένα. Τα πρωτογενή δεδομένα συλλέχθηκαν με έρευνα πεδίου. Σε αυτήν την έρευνα, χρησιμοποιήθηκε το GPS Garmin 60 με το οποίο συλλέχθηκαν τα σημεία GCP (Σημεία Ελέγχου εδάφους) στο αρχικό επίπεδο της μελέτης. Ο τοπογραφικός χάρτης κλίμακας 1:25.000 χρησιμοποιείται ως δεδομένο για τον προσδιορισμό της απόκλισης Χ/Κ Γης. Τα βασικά δορυφορικά δεδομένα (Landsat-8 OLI, Landsat-7 ETM+ και Landsat-5 TM) για την αξιολόγηση των αλλαγών LU/LC στην περιοχή Haridwar και Laksar αποκτήθηκαν από το USGS earth explorer. Τα δεδομένα εικόνων Landsat-5 TM & Landsat-7 ETM+ περιέχουν φασματικό μήκος κύματος 0,45-0,52 (B1-Μπλε), 0,52-0,60 (B2-Πράσινο), 0,63-0,69 (B3-Κόκκινο), 0,77-0,90 (B4-NIR), 1,55-1,75 (B5-SWIR), 10,40-12,50 (B6-TIR) και 2,09-2,35 (B7-SWIR), με ανάλυση 30 μέτρων. Τα δεδομένα εικόνων Landsat-8 OLI έχουν φασματικό μήκος κύματος 0,435-0,451 (Β1-Παράκτιο αεροζόλ), 0,452-0,512 (Β2-Μπλε), 0,533-0,590 (Β3-Πράσινο), 0,636-0,673 (Β4-Κόκκινο), 0,851-0,879 (B5-NIR), 1,566-1,651 (B6-SWIR1) και 2,107-2,294 (B7-SWIR2), με ανάλυση 30 μέτρων. Ακόμη, τα δεδομένα αυτά έχουν ελάχιστη (λιγότερο από 5,7%) νεφοκάλυψη. Η προ-επεξεργασία δεδομένων εικόνων είναι ο κλάδος της ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας (DIP). Είναι μια τεχνική που ενισχύει τις ‘ωμές’ εικόνες που λαμβάνονται από αισθητήρες κάμερας που τοποθετούνται σε δορυφόρους, διαστημικούς ανιχνευτές και αεροσκάφη ή εικόνες που λαμβάνονται σε κανονικές καθημερινές συνθήκες για διάφορες εφαρμογές. Σε αυτή τη μελέτη, η προεπεξεργασία πραγματοποιείται με τη χρήση δύο τύπων μεθόδων. Τη Γεωμετρική διόρθωση και την ατμοσφαιρική διόρθωση στο ENVI 4.8. Η μέθοδος ατμοσφαιρικής διόρθωσης FLAASH χρησιμοποιείται για την επίλυση προβλημάτων ατμοσφαιρικής διαταραχής. Για την παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις δορυφορικές εικόνες, από το 1996, 2003,2010 και 2017. Η όλη διαδικασία αξιολόγησης περιγράφεται στο διάγραμμα 1.Το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής των περιοχών Haridwar και Laksar καλύπτεται από οπωρώνες, γεωργικές εκτάσεις, υγροτόπους, αστικές περιοχές και υδάτινα σώματα. Με τη βοήθεια του εργαλείου ENVI 4.8, εντοπίστηκαν επτά κατηγορίες Χ/Κ Γης, οπωρώνες, βλάστηση, λιβάδια, γεωργική γη, αστική γη, υδάτινα σώματα και λεκάνες απορροής. Αυτές οι κατηγορίες χρήσεων γης διαιρούνται με βάση τα φασματικά χαρακτηριστικά τους και διαχωρίζονται ανάλογα με τη φασματική τους υπογραφή. Χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο ROI για την αξιολόγηση των φασματικών διαφορών μεταξύ των επτά κατηγοριών Χ/Κ Γης. Περισσότερες λεπτομέρειες φαίνεται στον πίνακα 1. Ακόμη, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο ταξινόμησης και αξιολόγησης των αλλαγών Χ/Κ Γης στις περιοχές Haridwar και Laksar με τη χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης. Τα χαρακτηριστικά Χ/Κ Γης προέρχονται από χρονικά πολυφασματικά δορυφορικά δεδομένα Landsat που χρησιμοποιούν μια επιβλεπόμενη ταξινόμηση βάσει εικονοστοιχείων (MLC). Η τεχνική MLC εφαρμόζεται για την ταξινόμηση των προ-επεξεργασμένων δορυφορικών εικόνων. Το μέγεθος των αλλαγών για όλες τις κατηγορίες Χ/Κ Γης υπολογίζεται από τις ακόλουθες εξισώσεις: Ποσότητα αλλαγής = Y – X (1) C = (Y-X)*100/ X (2) Όπου: C= % της αλλαγής, Χ = ετήσια αξία, Υ = αξία της επόμενης χρονιάς Ρυθμός μεταβολής ανά έτος = (F_Y - I_y)/N_y (3) Όπου: Fy = Αξία του τελευταίου έτους, Iy = Αξία του πρώτου έτους, Ny = Αριθμός έτους
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα του χάρτη Χ/Κ Γης για τις περιοχές Haridwar και Laksar παρέχουν τις ακόλουθες πληροφορίες: (1) Εναέρια κατανομή των κατηγοριών Χ/Κ Γης (2) ταξινόμηση και αξιολόγηση της αλλαγής Χ/Κ Γης τα τελευταία 21 χρόνια. Οι χάρτες Χ/Κ Γης για τις τέσσερις χρονιές φαίνονται στην εικόνα 1.
Συμπεράσματα
Η μεταβολή των Χ/Κ Γης, κατά τα έτη 1996, 2003, 2010 και 2017, ταξινομείται σε επτά τάξεις με τη βοήθεια της μεθόδου MLC παρουσία πρωτογενών δεδομένων. Το υψηλότερο ποσοστό ακρίβειας ταξινόμησης παρατηρείται το 2017 (93%) ενώ η χαμηλότερη το 2010 (80,67%). Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης της αλλαγής Χ/Κ Γης δείχνει μείωση στους οπωρώνες και τη βλάστηση σε διάρκεια 21 ετών (1996-2017) λόγω ανθρώπινων δραστηριοτήτων.
